普通物理學(xué)第五版第17章光學(xué)答案.ppt
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這里是普通物理學(xué)第五版,1、本答案是對(duì)普通物理學(xué)第五版第十七章的答案，本章共19節(jié)內(nèi)容，習(xí)題有63題，希望大家對(duì)不準(zhǔn)確的地方提出寶貴意見(jiàn)。2、答案以ppt的格式，沒(méi)有ppt的童鞋請(qǐng)自己下一個(gè)，有智能手機(jī)的同學(xué)可以下一個(gè)軟件在手機(jī)上看的哦，親們，趕快行動(dòng)吧。,17-1在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，兩縫的間距為0.6mm，照亮狹縫S的光杠桿汞弧燈加上綠色濾光片，在2.5m遠(yuǎn)處的屏幕上出現(xiàn)干涉條紋，測(cè)得相鄰兩明條紋中心的距離為2.27mm。試計(jì)算入射光的波長(zhǎng)。,返回,結(jié)束,解：由楊氏雙縫干涉條件,=5.4510-4(mm),=5450(),返回,結(jié)束,17-2用很薄的云母片(n=1.58)覆蓋在雙縫實(shí)驗(yàn)中的一條縫上，這時(shí)屏幕上的零級(jí)明條紋移到原來(lái)的第七級(jí)明條紋的位置上，如果入射光波長(zhǎng)為l=550nm。試問(wèn)此云母片的厚度為多少?,返回,結(jié)束,解：設(shè)云母片的厚度為e,=6.610-6(m),無(wú)云母片時(shí),放置云母片后,聯(lián)立兩式,返回,結(jié)束,17-3在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置中，屏幕到雙縫的距高D遠(yuǎn)大于雙縫之間的距離d，對(duì)于鈉黃光(l=589.3nm)，產(chǎn)生的干涉條紋，相鄰兩明紋的角距離(即相鄰兩明紋對(duì)雙縫處的張角)為0.200。(1)對(duì)于什么波長(zhǎng)的光，這個(gè)雙線裝置所得相鄰兩條紋的角距離比用鈉黃光測(cè)得的角距離大10%?(2)假想將此整個(gè)裝置沒(méi)入水中(水的折射率n=133)，用鈉黃光照射時(shí)，相鄰兩明條紋的角距離有多大?,返回,結(jié)束,解：,=684.210-4(nm),對(duì)于l1光,返回,結(jié)束,17-4(1)用白光垂直入射到間距為d=0.25mm的雙鏈上，距離縫1.0m處放置屏幕。求第二級(jí)干涉條紋中紫光和紅光極大點(diǎn)的間距(白光的波長(zhǎng)范圍是400—760nm)。,返回,結(jié)束,解：,=2.88(mm),返回,結(jié)束,17-5一射電望遠(yuǎn)鏡的天線設(shè)在湖岸上，距湖面高度為h對(duì)岸地平線上方有一恒星剛在升起，恒星發(fā)出波長(zhǎng)為l的電磁波。試求當(dāng)天線測(cè)得第一級(jí)干涉極大時(shí)恒星所在的角位置q(提示:作為洛埃鏡干涉分析),返回,結(jié)束,解：,返回,結(jié)束,17-6在楊氏雙線實(shí)驗(yàn)中，如縫光源與雙縫之間的距離為D,縫光源離雙縫對(duì)稱軸的距離為b,如圖所示(D>>d)。求在這情況下明紋的位置。試比較這時(shí)的干涉圖樣和縫光源在對(duì)稱軸時(shí)的干涉圖樣。,返回,結(jié)束,解：當(dāng)光源向上移動(dòng)后的光程差為,原來(lái)的光程差為,兩式相減得到：,即條紋向下移動(dòng)，而條紋間距不變,返回,結(jié)束,17-7用單色光源S照射雙縫，在屏上形成干涉圖樣，零級(jí)明條紋位于O點(diǎn)，如圖所示。若將縫光源S移至位置S，零級(jí)明條紋將發(fā)生移動(dòng)。欲使零級(jí)明條紋移回O點(diǎn)，必須在哪個(gè)縫處覆蓋一薄云母片才有可能?若用波長(zhǎng)589nm的單色光，欲使移動(dòng)了4個(gè)明紋間距的零級(jí)明紋移回到O點(diǎn)，云母片的厚度應(yīng)為多少?云母片的折射率為1.58。,返回,結(jié)束,解：欲使條紋不移動(dòng),需在縫S1上覆蓋云母片,返回,結(jié)束,17-8在空氣中垂直入射的白光從肥皂膜上反射，在可見(jiàn)光譜中630nm處有一干涉極大，而在525nm處有一干涉極小，在這極大與極小之間沒(méi)有另外的極小。假定膜的厚度是均勻的，求這膜的厚度。肥皂水的折射率看作與水相同，為1.33。,返回,結(jié)束,解：,解：,=5.92110-4(mm),由上兩式得到:,返回,結(jié)束,17-9一平面單色光波垂直照射在厚度均勻的薄油膜上，油膜覆蓋在玻璃板上，所用單色光的波長(zhǎng)可以連續(xù)變化，觀察到500nm與7000nm這兩個(gè)波長(zhǎng)的光在反射中消失，油的折射率為1.30，玻璃的折射率為1.50。試求油膜的厚度。,返回,結(jié)束,解：,解：由暗紋條件,=637(nm),返回,結(jié)束,17-10白光垂直照射在空氣中厚度為0.40mm的玻璃片上，玻璃的折射率為1.50，試問(wèn)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)(l=400~700nm)，哪些波長(zhǎng)的光在反射中增強(qiáng)?哪些波長(zhǎng)的光在透射中增強(qiáng)?,返回,結(jié)束,解：,解：若反射光干涉加強(qiáng),=2400(nm),k=1,返回,結(jié)束,取k=2,取k=3,若透射光干涉增強(qiáng)則反射光干涉相消,由干涉相消條件,k的其它取值屬于紅外光或紫外光范圍,返回,結(jié)束,17-11白光垂直照射到空氣中一厚度為380nm的肥皂水膜上，試問(wèn)水膜表面呈現(xiàn)什么顏色？(肥皂水的折射率看作1.33)。,返回,結(jié)束,解：水膜正面反射干涉加強(qiáng),k=2,k=3,所以水膜呈現(xiàn)紫紅色,k的其它取值屬于紅外光或紫外光范圍,返回,結(jié)束,17-12在棱鏡(n1=1.52)表面鍍一層增透膜(n2=1.30)，如使此增透膜適用于550.0nm，波長(zhǎng)的光，膜的厚度應(yīng)取何值?,返回,結(jié)束,解：設(shè)光垂直入射，由于在膜的上下兩面反射時(shí)都有半波損失，所以干涉加強(qiáng)條件為：,=211.5k+105.8,返回,結(jié)束,17-13彩色電視發(fā)射機(jī)常用三基色的分光系統(tǒng)，如圖所示，系用鍍膜方法進(jìn)行分色，現(xiàn)要求紅光的波長(zhǎng)為600nm，綠光的波長(zhǎng)為520nm,設(shè)基片玻璃的折射率n3=15.0，膜材料的折射率n2=2.12。空氣的折射率為n1，設(shè)入射角i=450。試求膜的厚度。,返回,結(jié)束,解：,光程差為：,k=0,1,2,...,明紋條件為：,返回,結(jié)束,對(duì)于紅光,k=0,1,2,...,明紋條件為：,膜的厚度為：,對(duì)于綠光,返回,結(jié)束,17-14利用劈尖的等厚干涉條紋可以測(cè)量很小的角度，今在很薄的劈尖玻璃板上，垂直地射入波長(zhǎng)為589.3nm的鈉光，相鄰暗條紋間距離為5.0mm，玻璃的折射率為1.52，求此劈尖的夾角。,返回,結(jié)束,已知：,返回,結(jié)束,17-15波長(zhǎng)為680nm的平行光垂直地照射到12cm長(zhǎng)的兩塊玻璃片上，兩玻璃片一邊相互接觸，另一邊被厚0.048mm的紙片隔開(kāi)，試問(wèn)在這l2cm內(nèi)呈現(xiàn)多少條明條紋?,返回,結(jié)束,解：,已知：l=680nm，L=12cm，d=0.048mm,返回,結(jié)束,17-16一玻璃劈尖的末端的厚度為0.05mm，折射率為1.50，今用波長(zhǎng)為700nm的平行單色光以300的入射角射到劈尖的上表面，試求：(1)在玻璃劈尖的上表面所形成的干涉條紋數(shù)目；(2)若以尺寸完全相同的由兩玻璃片形成的空氣劈尖代替上述的玻璃劈尖，則所產(chǎn)生的條紋數(shù)目又為多少?,返回,結(jié)束,解：,k=0,1,2,...,=202條,=94條,若為空氣劈尖,返回,結(jié)束,17-17使用單色光來(lái)觀察牛頓環(huán)，測(cè)得某一明環(huán)的直徑為3.00mm，在它外面第五個(gè)明環(huán)的直徑為4.60mm，所用平凸透鏡的曲率半徑為1.03m，求此單色光的波長(zhǎng)。,返回,結(jié)束,解：第k級(jí)明環(huán)半徑,=5.1910-4(mm)=590(nm),返回,結(jié)束,17-18一柱面平凹透鏡A，曲率半徑為R放在平玻璃片B上，如圖所示。現(xiàn)用波長(zhǎng)為l的單色平行光自上方垂直往下照射，觀察A和B間空氣薄膜的反射光的干涉條紋，如空氣膜的最大厚度d=2l，(1)分析干涉條紋的特點(diǎn)(形狀、分布、級(jí)次高低)，作圖表示明條紋；(2)求明條紋距中心線的距離；(3)共能看到多少條明條紋；(4)若將玻璃片B向下平移，條紋如何移動(dòng)?若玻璃片移動(dòng)了l/4，問(wèn)這時(shí)還能看到幾條明條紋?,,返回,結(jié)束,解：對(duì)于邊緣處e=0由于有半波損失為暗紋,k=1,2,...,k=0,1,2,...,暗紋條件：,取k=4,明紋最高級(jí)數(shù),暗紋最高級(jí)數(shù),4級(jí),明紋條件：,返回,結(jié)束,(2)設(shè)第k級(jí)明紋到中心的距離為rk,(3)若將玻璃片B向下平移，條紋將向外移動(dòng),返回,結(jié)束,17-19如圖所示，G1和G2是兩塊塊規(guī)(塊規(guī)是兩個(gè)端面經(jīng)過(guò)磨平拋光，達(dá)到相互平行的鋼質(zhì)長(zhǎng)方體)，G1的長(zhǎng)度是標(biāo)準(zhǔn)的，G2是同規(guī)格待校準(zhǔn)的復(fù)制品(兩者的長(zhǎng)度差在圖中是夸大的)。G1和G2放置在平臺(tái)上，用一塊樣板平玻璃T壓住。(1)設(shè)垂直入射光的波長(zhǎng)l=589.3nm，G1與G2相隔d=5cm，T與G1以及T與G2間的干涉條紋的間隔都是0.5mm。試求G1與G2的長(zhǎng)度差;(2)如何判斷G1、G1哪一塊比較長(zhǎng)一些?(3)如果T與G1間的干涉條紋的間距是0.5mm，而T與G2間的干涉條紋的間距是0.3mm，則說(shuō)明了什么問(wèn)題?,返回,結(jié)束,解：,=510-2589.310-6,=2.9510-5(m),返回,結(jié)束,17-20一實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，一塊平玻璃片上放一滴油，當(dāng)油滴展開(kāi)成油膜時(shí)，在單色光(波長(zhǎng)l=600nm)垂直照射下，從反射光中觀察油膜所形成的干涉條紋(用讀數(shù)顯微鏡觀察)，已知玻璃的折射率n1=1.50，油滴的折射率n2=1.20。(1)當(dāng)油滴中心最高點(diǎn)與玻璃片的上表面相距h=l.2mm時(shí)，描述所看到的條紋情況，可以看到幾條明條紋?明條紋所在處的油膜的厚度是多?中心點(diǎn)的明暗如何?(2)當(dāng)油膜繼續(xù)推展時(shí)，所看到的條紋情況將如何變化?中心點(diǎn)的情況如何變化?,返回,結(jié)束,解：,=0.25010-6k(m),0,0.250,0.5,0.75,1.00mm,因?yàn)樽畲蠛穸葹閔=l.2mm，所以能看到,的明條紋數(shù)為5條。,返回,結(jié)束,17-21邁克耳孫干涉儀可用來(lái)測(cè)量單色光的波長(zhǎng)，當(dāng)M2移動(dòng)距離d=0.3220mm時(shí)，測(cè)得某單色光的干涉條紋移過(guò)N=1204條，試求該單色光的波長(zhǎng)。,返回,結(jié)束,解：,=534.8(nm),返回,結(jié)束,17-22常用雅敏干涉儀來(lái)測(cè)定氣體在各種溫度和壓力下的折射率干涉儀的光路如圖S為光源，L為聚光透鏡，G1、G2為兩塊等厚而且互相平行的玻璃板，T1、T2為等長(zhǎng)的兩個(gè)玻璃管，長(zhǎng)度為l進(jìn)行測(cè)量時(shí)，先將T1、T2抽空。然后將待測(cè)氣體徐徐導(dǎo)入一管中，在E處觀察干涉條紋的變化，即可求出待測(cè)氣體的折射率。例如某次測(cè)量某種氣體時(shí)，將氣體徐徐放入T2管中，氣體達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，在E處共看到有98條干涉條紋移動(dòng)，所用的黃光被長(zhǎng)為589.3nm(真空中)l=20cm。求該氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的折射率。,返回,結(jié)束,解：,=1.00029,返回,結(jié)束,17-23邁克耳孫干涉儀可以用來(lái)測(cè)量光譜中非常接近的兩譜線的波長(zhǎng)差，其方法是先將干涉儀調(diào)整到零光程差，再換上被測(cè)光源，這時(shí)在視場(chǎng)中出現(xiàn)被測(cè)光的清晰的干涉條紋，然后沿一個(gè)方向移動(dòng)M2，將會(huì)觀察到視場(chǎng)中的干涉條紋逐漸變得模糊以至消失。如再繼續(xù)向同一方向移動(dòng)M2干涉條紋又會(huì)逐漸清晰起來(lái)。設(shè)兩次出現(xiàn)最清晰條紋期間，M2移過(guò)的距離為0.289mm，已知光的波長(zhǎng)大約是589nm。試計(jì)算兩譜線的波長(zhǎng)差Δl。,返回,結(jié)束,開(kāi)始時(shí)兩譜線的d=0,因而兩者都是極大，視場(chǎng)中出現(xiàn)清晰的干涉條紋。當(dāng)調(diào)整干涉儀兩臂時(shí)，使其光程差為d時(shí)，兩譜線又同時(shí)達(dá)到干涉加強(qiáng)條件即l1的第k+1級(jí)與l2的第k級(jí)重合,干涉條紋又清晰了。,=20.289,返回,結(jié)束,再代入式,=6.00210-10(m),返回,結(jié)束,17-24有一單縫，寬a=0.10mm，在縫后放一焦距為50cm的會(huì)聚透鏡，用平行綠光(l=546.0nm)垂直照射單縫。試求位于透鏡焦面處的屏幕上的中央明條紋及第二級(jí)明紋寬度。,返回,結(jié)束,解：中央明紋的寬度為,=5.4610-4(mm),=2.73(mm),第二級(jí)明紋的寬度為,返回,結(jié)束,17-25一單色平行光束垂直照射在寬為1.0mm的單縫上，在縫后放一焦距為20m的會(huì)其透鏡，已知位于透鏡焦面處的屏幕上的中央明條紋寬度為2.5mm。求入射光波長(zhǎng)。,返回,結(jié)束,解：,=6.2510-4(mm),=625(nm),返回,結(jié)束,17-26波長(zhǎng)為l的單色平行光沿著與單縫衍射屏成a角的方向入射到寬度為a的單狹縫上。試求各級(jí)衍射極小的衍射角q值。,返回,結(jié)束,解：,返回,結(jié)束,17-27在復(fù)色光照射下的單縫衍射圖樣中，其中某一波長(zhǎng)的第3級(jí)明紋位置恰與波長(zhǎng)l=600nm的單色光的第2級(jí)明紋位置重合，求這光波的波長(zhǎng)。,返回,結(jié)束,解：,返回,結(jié)束,17-28用波長(zhǎng)l1=400nm和l2=700nm的混合光垂直照射單縫，在衍射圖樣中，l1的第k1級(jí)明紋中心位置恰與l2的第k2級(jí)暗紋中心位置重合。求k1和k2。試問(wèn)l1的暗紋中心位置能否與k2的暗紋中心位置重合?,返回,結(jié)束,解：(1)由題意,即l1的第7級(jí)暗紋與l2的第4級(jí)暗紋相重合,返回,結(jié)束,17-29利用單縫衍射的原理可以測(cè)量位移以及與位移聯(lián)系的物理量，如熱膨脹、形變等。把需要測(cè)量位移的對(duì)象和一標(biāo)準(zhǔn)直邊相連，同另一固定的標(biāo)準(zhǔn)直邊形成一單線，這個(gè)單縫寬度變化能反映位移的大小，如果中央明紋兩側(cè)的正、負(fù)第k級(jí)暗(亮)紋之間距離的變化為dxk，證明:,式中f為透鏡的焦距，da為單縫寬度的變化,0.2mm，觀察正負(fù)第3級(jí)明條紋，其結(jié)果如何?,(da<下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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